淺談優(yōu)化進(jìn)煤結(jié)構(gòu)及分負(fù)荷段混配摻燒的均勻度對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

李曉紅

摘 要：面對(duì)目前電力體制改革加速落地，各種因素影響下，火電企業(yè)迎來(lái)巨大市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)壓力，出現(xiàn)虧損。本文通過(guò)對(duì)300MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行進(jìn)行分析，找出入爐煤煤質(zhì)中揮發(fā)分、熱量、灰分、含硫量的摻配均勻度對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性與標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)的影響程度。

關(guān)鍵詞：分負(fù)荷段摻配；均勻度；優(yōu)化結(jié)構(gòu)；鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性；降本增效

1 300MW機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)與設(shè)計(jì)煤種成分

1.1 300MW機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

300MW機(jī)組HG-102l/18.2YM9亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)鍋爐，采用平衡通風(fēng)及四角切園燃燒技術(shù)，燃料為煙煤。采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式乏氣送粉方式。鍋爐以MCR工況為設(shè)計(jì)參數(shù)，在機(jī)組電負(fù)荷為331MW情況下的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為102lt/h。機(jī)組電負(fù)荷為300MW時(shí)，鍋爐額定蒸發(fā)量為908t。

1.2 300MW機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)煤種成分

1.3 入廠(chǎng)煤的主要來(lái)源

入廠(chǎng)煤主要入廠(chǎng)煤主要來(lái)源于3個(gè)部分：

（1）某礦務(wù)局的氣肥煤，占總量的1/2，其收到基低位發(fā)熱量在20～22MJ/kg，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分在30%～38%，干基硫分在1.2%以下，干基灰分在30%以下。

（2）地方煤礦的摻混煤（中高灰煤），占總量的1/5，其收到基低位發(fā)熱量在15.5～16.7MJ/kg，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分在30%～42%，硫分在2.0%以上，灰分在35%以上。

（3）貧瘦煤，占總量的3/10，其收到基低位發(fā)熱量在21MJ/kg左右，干燥無(wú)灰基揮發(fā)分在20%以下，干基硫分在2.5%以上，干基灰分在30%以上。

2 入爐煤成分對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

對(duì)于300MW的火電機(jī)組來(lái)說(shuō)，通常鍋爐效率每變化1%，機(jī)組煤耗約變化3.5g/kWh，鍋爐效率對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性影響是十分明顯的。而入爐煤的低位發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、硫分、水分、灰熔點(diǎn)、可磨性系數(shù)對(duì)鍋爐的效率影響最為嚴(yán)重，同時(shí)對(duì)鍋爐的安全穩(wěn)定燃燒影響至關(guān)重要，以下主要從理論上分析入爐煤低位發(fā)熱量、干燥無(wú)灰基揮發(fā)分、干基灰分與干基硫分對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響。

2.1 煤的低位發(fā)熱量對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

煤的入爐煤發(fā)熱量是設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。如果實(shí)際入爐煤的發(fā)熱量低于鍋爐的設(shè)計(jì)選定煤種，理論燃燒溫度必然下降，爐膛溫度水平降低。將導(dǎo)致機(jī)械部完全燃燒損失和排煙溫度的增加，鍋爐熱效率降低。當(dāng)發(fā)熱量降低到一定限度，將導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定。如果所用的煤的發(fā)熱量低于鍋爐的設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量的技術(shù)低限值，就不能直接單獨(dú)入爐燃燒。如果入爐煤的發(fā)熱量高于設(shè)計(jì)水平，爐膛溫度必然升高，容易形成爐膛結(jié)焦現(xiàn)象。就燃燒而言，判別煤質(zhì)的好壞，不能簡(jiǎn)單以發(fā)熱量的高低來(lái)衡量，而應(yīng)與煤的揮發(fā)分高低結(jié)合考慮，當(dāng)然也不能只以揮發(fā)分來(lái)決定，煤的干燥無(wú)灰基揮發(fā)分與收到基低位發(fā)熱量Vdaf與Qnet，ar組成判別煤質(zhì)著火燃燒特性指標(biāo)。

2.2 煤的揮發(fā)分對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

揮發(fā)分是判別煤的著火、燃燒特性的首要指標(biāo)。如果揮發(fā)分高，揮發(fā)分的熱值也高，則揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱值就高，著火點(diǎn)就短，容易達(dá)到焦炭的著火溫度，使焦炭提前著火，火焰穩(wěn)定。如果揮發(fā)分低，揮發(fā)分燃燒產(chǎn)生的熱量較少，焦炭不容易著火，火焰就不穩(wěn)定。揮發(fā)分的釋放量不僅與煤種有關(guān)系，還與加熱速度、加熱溫度、煤粒尺寸等因素有關(guān)。如果煤中灰分也多，將阻礙揮發(fā)分釋出，又減少煤的空隙率與反應(yīng)表面積，將導(dǎo)致后期的燃燒速度降低，甚至有脫火的可能，造成鍋爐滅火。

2.3 煤中灰分對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

灰分對(duì)燃燒的影響首先表現(xiàn)在對(duì)著火的影響?；曳指邥?huì)使火焰的傳播速度減慢，使著火推遲；另外，煤的灰分越多，可燃物的成分相對(duì)減少，燃料的發(fā)熱量降低，爐膛溫度下降的幅度越大，煤的燃盡度變差和排灰量增大，均使q4隨之增加。在焦炭燃燒過(guò)程中，內(nèi)在灰分還會(huì)裹在內(nèi)層焦炭上形成灰殼，阻礙氧氣向焦炭表面擴(kuò)散，降低燃燒速度?；曳值脑黾樱€將導(dǎo)致受熱面的沾污使排煙溫度升高，同時(shí)使受熱面磨損加劇。對(duì)于一般固態(tài)排渣的煤粉爐，煤中的灰分不宜超過(guò)40%。

3 入爐煤摻配均勻度對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)性的影響

3.1 300MW入爐煤摻配現(xiàn)狀

入爐煤摻配合格率半年內(nèi)基本處于69%～75%的范圍內(nèi)徘徊。入爐煤摻配各項(xiàng)指標(biāo)頻繁出現(xiàn)向兩極化發(fā)展的現(xiàn)象，極大地影響了鍋爐的安全與經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。

3.2 入爐煤揮發(fā)分摻配均勻度對(duì)鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響

入爐煤揮發(fā)分是對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)燃燒的重要指標(biāo)，以下主要針對(duì)每天的低谷負(fù)荷段的入爐煤揮發(fā)分進(jìn)行研究，找出最有代表性的兩組數(shù)據(jù)，分析揮發(fā)分摻配均勻度對(duì)鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響。

3.3 入爐煤發(fā)熱量摻配均勻度對(duì)鍋爐主汽溫度、排煙溫度、飛灰可燃物的影響

入爐煤低位發(fā)熱量是對(duì)鍋爐安全經(jīng)濟(jì)燃燒重要的數(shù)據(jù)之一，因此入爐煤低位發(fā)熱量的摻配均勻度也是對(duì)鍋爐燃燒影響的關(guān)鍵問(wèn)題，以下從低負(fù)荷段抽取的兩組發(fā)熱量數(shù)據(jù)，分析其對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響。

4 影響入爐煤摻配均勻度的因素

下面從技術(shù)的角度分析影響入爐煤摻配均勻度的主要因素。

4.1 入爐煤摻配存在的技術(shù)問(wèn)題

在入爐煤摻配中，一直延續(xù)一種摻配方式，就是用一個(gè)數(shù)學(xué)模型代替全天的入爐煤摻配，而負(fù)荷在全天中并非是直線(xiàn)運(yùn)行，這就造成了入爐煤與負(fù)荷不相匹配的現(xiàn)象，以至于出現(xiàn)入爐煤摻配均勻度波動(dòng)很大的現(xiàn)象。

4.2 負(fù)荷高低對(duì)煤質(zhì)的要求

一般來(lái)講，負(fù)荷的高低對(duì)入爐煤煤質(zhì)的要求是不同的，高負(fù)荷工況下，需要相對(duì)高熱值、低揮發(fā)分的煤質(zhì)；而低負(fù)荷需要相對(duì)高揮發(fā)分、低熱值的煤質(zhì)。這樣既滿(mǎn)足了高負(fù)荷工況下帶負(fù)荷的要求，又滿(mǎn)足了低負(fù)荷工況下鍋爐穩(wěn)定燃燒的需要。同時(shí)可以有效地?fù)綗慌悍N的劣質(zhì)煙煤，以便在一定范圍內(nèi)有效地降低標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)。

5 解決入爐煤摻配均勻度的具體方案

根據(jù)中間儲(chǔ)倉(cāng)式乏氣送粉結(jié)構(gòu)燃燒到新上煤的時(shí)間大約需要4小時(shí)進(jìn)行推算，特試驗(yàn)制定入爐煤摻配菜單與摻配的數(shù)學(xué)模型及優(yōu)化配煤摻燒系統(tǒng)性管理。

5.1 建立煤場(chǎng)定值存放數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)掌握煤場(chǎng)存煤信息

對(duì)煤場(chǎng)進(jìn)行定值存放管理，煤場(chǎng)兩側(cè)擋煤墻標(biāo)記具體刻度標(biāo)桿，并分為適燒區(qū)、高熱值高揮發(fā)區(qū)、低硫區(qū)、低熱值區(qū)，將不同礦點(diǎn)和不同煤質(zhì)的來(lái)煤分類(lèi)、分堆合理存放，在煤場(chǎng)庫(kù)存動(dòng)態(tài)管理圖板上準(zhǔn)確標(biāo)記來(lái)煤的熱值、揮發(fā)份和硫份等數(shù)據(jù)。每日煤場(chǎng)堆煤和煤場(chǎng)取煤數(shù)據(jù)均準(zhǔn)確錄入煤場(chǎng)庫(kù)存動(dòng)態(tài)管理圖板上，實(shí)時(shí)掌握存煤情況，這樣通過(guò)對(duì)煤場(chǎng)所有定值區(qū)域存放煤量、煤質(zhì)的加權(quán)平均統(tǒng)計(jì)，就可得出煤場(chǎng)的平均熱值以及庫(kù)存總量，為燃料入爐的摻配燒提供條件。

5.2 動(dòng)力配煤優(yōu)化配方數(shù)學(xué)模型的常規(guī)求解方法

動(dòng)力配煤優(yōu)化配方的數(shù)學(xué)模型確定后，剩下的問(wèn)題是如何求解。求解的方法有很多種，較常用的圖解法和單純形法，但是用圖解法、單純形法或其他數(shù)學(xué)方法對(duì)動(dòng)力配煤優(yōu)化配方的數(shù)學(xué)模型求解是相當(dāng)復(fù)雜的。特別是當(dāng)3種煤相配時(shí)，用上述方法對(duì)混配煤優(yōu)化配方的數(shù)學(xué)模型求解相當(dāng)困難而且費(fèi)時(shí)。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，根據(jù)各廠(chǎng)實(shí)際設(shè)計(jì)入爐煤智能化摻配燒系統(tǒng)軟件，可很容易的解決此類(lèi)計(jì)算問(wèn)題，并且簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確。

5.3 智能化摻配燒對(duì)入爐煤的優(yōu)化管理體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面

（1）智能化摻配燒以煤場(chǎng)定值存放和數(shù)字化管理為基礎(chǔ)，加上較為準(zhǔn)確的來(lái)煤預(yù)測(cè)體系，有效地對(duì)原有人工調(diào)度摻配燒進(jìn)行革命性改進(jìn)，擯棄了原有人工調(diào)度摻配燒落后的工作方式。

（2）在上文中的進(jìn)煤優(yōu)化方案中已經(jīng)考慮到入爐煤摻配燒的因素，從煤源數(shù)量和質(zhì)量供應(yīng)上為優(yōu)化摻配燒提供保證。

（3）采用計(jì)算機(jī)技術(shù)將傳統(tǒng)的供煤、存煤的粗放式管理提高為集約式管理。通過(guò)將煤場(chǎng)分區(qū)域定值存放、數(shù)字化管理，通過(guò)火車(chē)、汽車(chē)來(lái)煤預(yù)報(bào)和以往發(fā)運(yùn)情況對(duì)來(lái)煤煤質(zhì)、煤量進(jìn)行預(yù)測(cè)，能更好地降低輸煤電耗，同時(shí)還可以提高卸煤速度，降低火車(chē)回空車(chē)時(shí)間。做到既能保證一定庫(kù)存來(lái)滿(mǎn)足安全生產(chǎn)，又能最大限度地滿(mǎn)足鍋爐燃料要求，降低了燃料儲(chǔ)存成本。

6 結(jié)論

優(yōu)化入廠(chǎng)進(jìn)煤結(jié)構(gòu)后，對(duì)入爐煤摻配方式采取分負(fù)荷段優(yōu)化摻配后，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，鍋爐燃燒的安全性與經(jīng)濟(jì)性得到極大的改善.因此，由以上論述可以總結(jié)得到，通過(guò)入廠(chǎng)煤采購(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和入爐煤分負(fù)荷段進(jìn)行均勻摻配，是提高鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效手段之一。

參考文獻(xiàn)

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[2]李寶山.管理經(jīng)濟(jì)學(xué)（第一版）[M].企業(yè)管理出版社，1997.

（作者單位：華電漯河發(fā)電有限公司）